[发明专利]医用镁合金表面羟基磷灰石/聚乳酸复合涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，尤其是涉及一种医用镁合金表面羟基磷灰石/聚乳酸复合涂层的制备方法。

背景技术

骨缺损修复重建一直是骨科领域富有挑战性的课题，临床上使用自体骨移植方法修复骨缺损。但存在供体不足、病人二次损伤、供骨部位易出现并发症等缺点。组织工程的原理是利用生物材料作载体，携带不同种类细胞植入宿主，最终形成具有正常结构与功能的组织。该技术修复骨缺损已成为目前研究热点，如何开发具有优良性能的多孔支架材料是骨组织工程领域亟待解决的问题。

目前应用于临床的生物金属材料主要包括不锈钢、钴铬合金及钛合金等，这些金属材料具有很好的耐蚀性能、良好的综合力学性能及加工性能，但作为生物惰性材料，其生物相容性较差，缺乏骨诱导性，植入体内后容易因摩擦及轻微的降解而产生对生理环境有窖的有毒离子，而且弹性模量偏大，机械力学适应性差，易导致应力集中而松动、脱落。另外，此类材料如作为短期植入材料，由于在体内无法降解，在人体组织功能恢复之后，需通过二次手术取出，增加患者的痛苦及医疗费用负担。

近年来，镁及其合金逐渐成为可降解生物材料领域的研究热点。关于镁及镁合金被广泛研究作为可降解生物材料，可追溯到1878年，其作为植入材料的优点在于其独特的力学性能，镁合金能承载并且在体内安全降解，因此可用作支架。镁合金还可用于整形外科植入材料，但由于要求是长期永久的体内固定装置，因此其与骨材料不匹配的力学性能会导致一系列的问题，如磨损和腐蚀。

与现有骨组织工程材料相比，镁及其合金具有以下优势：(1)与人体有良好的生物相容性，参与蛋白质合成，能激活体内多种酶，调节神经肌肉和中枢神经系统的活动，保障心肌正常收缩，在适当的代谢条件下不会对人体产生不良影响；(2)体内可完全降解为镁离子，被周围肌体组织吸收后通过人体体液排出，避免二次手术；(3)具有合适的物理力学性能，弹性模量接近骨组织，应力遮挡作用小，使骨折部位承受逐步增大乃至生理水平的应力刺激，从而加速愈合；(4)降解产物无细胞毒性，且镁是成骨的必需元素，可促进钙的沉积，镁离子能刺激骨痂生成、诱导成骨、促进骨折愈合、并刺激骨生成，加速骨愈合。(5)镁合金资源丰富，价格低。这些特性使镁及合金有可能成为理想的骨组织工程支架材料。

然而，镁合金作为骨植入支架材料也存在一些问题：镁合金的腐蚀速度过快，在体内服役期间会发生严重的腐蚀，使其力学性能下降较快，无法满足材料的降解速度和骨组织修复重建速度的匹配，这在很大程度上限制了镁合金在骨组织工程中的进一步应用。

对镁合金进行表面处理使其形成耐腐蚀层，以此隔断镁合金与腐蚀介质的接触，是提高镁合金耐腐蚀性能的有效方法。通过表面处理，镁合金的耐腐蚀性、生物相容性和生物活性能得到显著改善。目前关于镁合金表面处理的研究很多，应用较为广泛的方法主要有电化学沉积法、微弧氧化法、水热法、仿生法及浸涂法等。

Onoki等通过水热法在镁合金上制备了羟基磷灰石涂层，涂层与镁合金基体的界面结合强度与涂层本体材料接近(T.Onoki，S.Yamamoto，H.Onodera and et a1.Materials Science and Engineering C31(2011)499-502.)。申请人采用仿生矿化法、化学转化法、水热合成法以及电沉积法在ZK60镁合金基体上制备了多种类骨钙磷陶瓷涂层，发现其耐腐蚀性能和生物相容性相比镁合金基体有较大的提高。这些涂层虽可延缓镁合金的降解，但其力学强度退化仍显过快。其原因在于涂层呈多孔结构，难以阻挡体液向基体的浸渗。与之不同，氟化处理形成的Mg2F涂层呈较为致密的结构，但其改性镁合金在兔骨中植入3个月后断裂应力下降了约41.8％，原因在于Mg₂F涂层的体内降解速率过快。上述结果表明，涂层的致密性和降解速率是调控镁合金降解的关键。基于单一涂层存在的不足，近年来开展了多种涂层制备技术相结合的研究，获得了多结构和多组分构建的复合涂层，使镁合金的耐蚀性能得到了明显改善。